基于DSP的新型多功能電能質(zhì)量監(jiān)測儀表

2.4 其他電路設(shè)計

單片機通信及人機接口模塊是一個以單片機為MCU的計算機系統(tǒng)，它的主要功能是完成DSP運算結(jié)果的數(shù)據(jù)再處理，管理輸入輸出設(shè)備，協(xié)調(diào)整個儀器系統(tǒng)的工作，并使儀器操作方便、顯示直觀。

設(shè)計采用TI公司超低功耗的MSP430F149單片機，它具有16 bit RISC結(jié)構(gòu)，16 bit寄存器和常數(shù)寄存器，內(nèi)置乘法器，2個UART，分段可擦除Flash[4]。

液晶顯示選用128×64點陣型液晶顯示模塊，可顯示各種字符及圖形，可與CPU直接接口，具有8 bit標準數(shù)據(jù)總線，6條控制線及電源線，采用KS0108控制IC。RS485通信電路采用SN65LBC184，并配合快速光耦合器6N137，實現(xiàn)與上位機的通信。系統(tǒng)按鍵共6個，分別是“菜單”、“復(fù)位”、“確認”、“↑”、“↓”和“返回”?？紤]到按鍵操作會很頻繁，而MSP430F149的 I/O口又比較豐富，所以用帶中斷功能的P2口采用下降沿觸發(fā)的中斷方式來進行按鍵編程。

3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計

該儀表的軟件設(shè)計分為兩部分，一是TMS320VC5402的相關(guān)程序設(shè)計，其主要功能是：A/D采樣控制、串口數(shù)據(jù)傳輸、大量復(fù)雜的數(shù)值運算、FFT 諧波分析、部分事件記錄以及與主控單片機的通信等；二是MSP430單片機中的相關(guān)程序，主要功能包括：液晶顯示、按鍵處理、數(shù)字通信、開關(guān)量輸入輸出的實現(xiàn)等。在編程語言的選擇上，DSP部分采用匯編語言和C語言相結(jié)合的方式[5]，為了保證系統(tǒng)良好的實時性，以匯編語言為主，C語言做整個程序框架進程調(diào)度，既保證了程序的易讀性，也兼顧了系統(tǒng)良好的實時性。MSP430F149的程序完全基于C語言平臺開發(fā)，程序簡單易讀，可移植性好，便于后續(xù)升級工作。

系統(tǒng)主程序流程圖如圖5所示。上電后首先DSP進入引導(dǎo)程序并開始系統(tǒng)的初始化，然后，為了使串口能配合AD73360開始工作，要對DSP的 McBSP串口進行設(shè)置，包括對字長、允許產(chǎn)生中斷等的設(shè)置。開始工作后串口的時鐘由AD73360產(chǎn)生，接著由設(shè)置好的串口對A/D進行初始化,打開六路采樣通道,設(shè)置采樣模式等。然后打開INT0等待中斷。INT0由PLL電路產(chǎn)生,由此實現(xiàn)同步采樣。DSP收到INT0后，打開發(fā)送中斷向A/D發(fā)送采樣指令，并同時打開數(shù)據(jù)接收中斷開始接收數(shù)據(jù)，采樣后對數(shù)據(jù)進行FFT諧波分析以及處理后的數(shù)據(jù)傳送與顯示。數(shù)據(jù)采集流程圖如圖6所示，MCU與DSP 通信流程圖如圖7所示。

儀表的參數(shù)測試電路已經(jīng)通過試驗，可達到預(yù)期目標。該電力參數(shù)監(jiān)測儀表是針對電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)、公共設(shè)施等設(shè)計的多功能電力電測儀表，它以 TMS320VC5402為核心，以MSP430F149為主控芯片，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，功能完備，工作穩(wěn)定，可應(yīng)用于科學(xué)研究和生產(chǎn)實踐中。